配气机构结构与检修

配气机构结构与检修学习目标1．知道配气机构的组成和原理、各主要零部件装配连接关系；2．会进行配气机构的拆卸、检修以及装配和调整。

一、配气机构概述（一）功能按照发动机各缸的作功次序和每一缸工作循环的要求，定时地将各缸进气门与排气门打开、关闭，以保证新鲜可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）及时进入气缸并把燃烧后的废气排出气缸。

（二）基本组成配气机构由气门组和气门传动组组成。

1、气门组主要由气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座和气门锁环等组成，其作用是封闭进、排气道。

2、气门传动组主要由凸轮轴正时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂总成等组成，其作用是使进、排气门按规定的时刻开闭。

（三）工作过程凸轮轴通过正时齿轮由曲轴驱动。

四冲程发动机完成一个工作循环即曲轴转两圈（720°），每缸进、排气门各开启一次，故凸轮轴只需转一圈即可，因此曲轴转速与凸轮轴转速之比为2：1。

（1）当凸轮轴上的凸轮基圆部分与挺柱接触时，挺柱不升高，气门处于关闭状态。

（2）当凸轮轴上凸起部分与挺柱接触时，将挺柱顶起，挺柱通过推杆使摇臂绕摇臂轴摆动，摇臂的另一端向下推动气门，压缩气门弹簧，将气门头部推离气门座而打开。

（3）当凸轮凸起部分的顶点转过挺柱后，便逐渐减小了对挺柱的推力，气门在其弹簧力的作用下，开度逐渐减小直至关闭，使气缸密封。

从上述工作过程可以看出，气门的开启是通过气门传动组来驱动的，而气门的关闭则是由气门弹簧来完成的。

气门的开闭时刻与规律完全取决于凸轮的轮廓曲线形状。

（四）分类1、按每缸气门数量分配气机构按每缸气门的数量，可分为双气门式和多气门式。

现代高速发动机普遍采用多气门结构。

气门数的增加，使发动机的进、排气通道的横截面积增加，提高了发动机的充气效率，改善了发动机的动力性能。

2、按凸轮轴的布置位置分按凸轮轴的位置，可分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式。

(1)凸轮轴下置式凸轮轴布置在气缸体上靠近曲轴的一侧，一般只用一对正时齿轮传动，大多数载货汽车和大中型客车发动机采用这种方式。

(2)凸轮轴上置式凸轮轴直接布置在缸盖上。

凸轮轴直接通过挺柱来驱动气门，省去了推杆、摇臂等，使往复运动质量大大减小，因此它适合于高速发动机。

由于凸轮轴离曲轴中心较远，因而都采用链条传动或同步齿形带传动。

(3)凸轮轴中置式为减小气门传动组零件的往复运动惯性力，某些速度较高的发动机将下置式凸轮轴的位置抬高到气缸体的上部，缩短了传动零件的长度，称之为凸轮轴中置式配气机构。

由于凸轮轴与曲轴距离较远，故在一对正时齿轮中间加一个中间传动齿轮。

3、按凸轮轴的传动方式分按曲轴和凸轮轴的传动方式，分为齿轮传动式、链条传动式和同步齿形带传动式。

（五）配气相位配气相位就是用曲轴转角表示进、排气门的开闭时刻和开启持续时间。

通常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角来表示。

将进、排气门的实际启闭时刻和开启过程，用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图表示，该图形称为配气相位图。

现代发动机都采用延长进、排气打开时间，使气门早开晚关，以改善进、排气状况，提高发动机的动力性。

其中进气迟后角对发进气提前角排气迟后角进气迟后角排气提前角动机工作的影响最大。

气门重叠角进气门开启持续时间的曲轴转角，即进气持续角为：进气提前角＋180°＋进气迟后角。

排气门开启持续时间的曲轴转角，即排气持续角为：排气提前角＋180°＋排气迟后角。

由于进气门早开和排气门晚关，在排气终了和进气刚开始、活塞处于上止点附近时，进、排气门同时开启，这种现象称为气门重叠。

进、排气门同时开启过程对应的曲轴转角，称为气门重叠角。

二、气门组气门组包括气门、气门座、气门导管和气门弹簧等主要零部件。

（一）气门气门分成进气门和排气门两种。

气门是用来封闭气道的。

气门由头部和杆部两部分组成，头部用来封闭进排气道，杆部则主要为气门的运动导向。

为了提高充气效率，增加进气量，进气门头部的直径均大于排气门。

气门头部由气门顶部和密封锥面组成。

气门密封锥面是与杆身同心的圆锥面，用来与气门座接触，起到密封气道的作用。

气门密封锥面与顶平面之间的夹角，称为气门锥角，一般做成45°。

有的进气门做成30°。

022气门顶部形状主要分成平顶、喇叭形顶和球面顶三种结构形式。

(1)平顶是大多数发动机采用的一种方式，进、排气门均可采用。

(2) 球面顶的强度高，排气阻力小，废气清除效果好，适合做排气门。

(3) 喇叭形顶与杆身的过度部分具有流线型，气体流动阻力小，适合做进气门，不宜做排气门。

而气门杆身尾端的结构主要取决于气门弹簧座的固定方式，常用的固定方式有锥形锁片式和锁销式。

有的发动机为了防止过多机油从气门杆与气门导管之间的间隙进入气缸，在气门杆身上安装气门油封。

（二）气门座进、排气道口与气门密封锥面直接贴合的部位称为气门座。

气门座与气门头部一起对气缸起密封作用，同时接受气门头部传来的热量，起到对气门散热的作用。

气门座的形式有两种：一是直接在气缸体上镗出；二是单独制成气门座圈，镶嵌在气缸盖上。

气门座的锥面由三部分组成。

中间45°(或30°)的工作锥面与气门密封锥面贴合，为保证有一定的座合压力，使密封可靠，同时又有一定的散热面积，要求结合面的宽度为1mm～3mm；上部15°和下部75°的辅助锥面是用来修正工作锥面的宽度和上、下位气门座置的，以使其达到规定的要求。

在安装气门前，还应采用与气门配对研磨的方法，以保证贴合得更紧密、可靠。

（三）气门导管气门导管的作用是给气门的运动作导向，保证气门的往复直线运动和气门关闭时能正确地与气门座贴合，并为气门杆散热。

气门导管通常单独制成零件，再压入缸盖（或缸体）的承孔中。

（四）气门弹簧气门弹簧的作用是使气门自动回位关闭，并保证气门与气门座紧密贴合；还用于防止气门在发动机振动时因跳动而破坏密封。

因此要求气门弹簧具有较大的刚度和安装预紧力。

为避免工作频率与自然频率相等或成倍数时发生共振，常用以下结构措施：(1)提高气门弹簧的刚度，即提高气门弹簧的自然振动频率。

(2)采用变螺距弹簧。

各圈之间的螺距不等，因而固有振动频率也不断变化（增加），可避免共振发生。

(3)采用双气门弹簧结构。

每个气门同心安装两根直径不同、旋向相反的外弹簧,由于两弹簧的自振频率不同，当某一弹簧发生共振时，另一弹簧起减振作用。

当一根弹簧折断时，另一根还能继续维持工作；旋向相反，可以防止一根弹簧折断时卡入另一根弹簧，以免好的弹簧被损坏。

三、气门传动组气门传动组主要包括凸轮轴、凸轮轴正时齿轮、挺柱、推杆和摇臂总成等。

（一）凸轮轴凸轮轴是由发动机曲轴驱动而旋转，用来驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位及气门开度的变化规律等要求。

凸轮轴主要由凸轮、轴颈、偏心轮和螺旋齿轮等组成。

凸轮分为进气凸轮和排气凸轮两种，用来驱动与控制进、排气门的开启与关闭。

轴颈对凸轮起支承作用。

对于下置式凸轮轴来说，凸轮轴上还设有螺旋齿轮和偏心轮，用来驱动分电器、机油泵和膜片式汽油泵等。

凸轮轴的前端通过键装有凸轮轴正时齿轮或链轮及同步齿形带等。

凸轮是凸轮轴上最重要的组成部分。

气门的开启与关闭过程的运动规律取决于凸轮的轮廓曲线，凸轮轴上各缸的进气凸轮（或者排气凸轮）称为同名凸轮。

各缸同名凸轮的相对位置按发动机作功顺序逆凸轮轴转动方向排列，夹角为作功间隔角的1/2。

同一缸的进、排气凸轮称为异名凸轮。

由于气门是早开晚关的，所以两异名凸轮间的夹角均大于90°。

为防止凸轮轴在转动过程中产生轴向窜动，凸轮轴都设有轴向定位装置。

（二）挺柱挺柱的作用是将凸轮的推力传给推杆或者气门杆。

挺柱常见的形式有筒式和滚轮式两种。

大多数发动机采用筒式挺柱，滚轮式挺柱多用于大型柴油机。

筒式挺柱的下端设有油孔，以便将漏入挺柱的机油引到凸轮表面进行润滑。

目前越来越多的发动机（尤其是轿车发动机）采用了长度随温度而微量变化的液力挺柱，而不采用预留气门间隙的方法。

液力挺柱的挺柱体装有柱塞、支承座、弹簧和单向球阀等。

柱塞和支承座被弹簧压向上方，使支承座始终与推杆（或气门杆）接触，并保持挺柱底面与凸轮紧密接触。

发动机工作时，机油从缸盖油道经挺柱体侧面的油孔流入，并经常充满挺柱体腔。

液力挺柱的工作原理如下：当气门关闭时，柱塞弹簧使柱塞连同支承座紧靠着推杆（或气门杆），整个气门传动组件之间不存在间隙。

在气门打开的过程中，凸轮推动挺柱体和柱塞上移，柱塞受到气门弹簧的阻力而不能马上上移，导致油压升高，球阀将阀门关闭。

由于油液的不可压缩性，整个挺柱如同一个刚体一样上移，将气门打开。

在此期间，柱塞与挺柱体之间的间隙也会存在一些油液泄漏，但不影响气门的正常打开。

在气门关闭的过程中，挺柱下移，由于仍受到凸轮和气门弹簧两方面的顶压，高压油腔仍保持高压，球阀仍处于关闭状态，液力挺柱仍是一个刚性体，直至气门完全关闭为止。

气门关闭以后，柱塞弹簧将挺柱体继续向下推动一个微小的行程（补偿由于油液泄漏而造成的柱塞与挺柱体的下降），此时球阀打开，低压油腔的油液进入高压油腔补充泄漏掉的油液。

气门受热膨胀伸长时，通过柱塞与挺柱体间隙泄漏一部分，柱塞与挺柱体产生相对运动，从而使挺柱自动“缩短”，保证气门关闭紧密。

当气门冷却收缩时，弹簧将柱塞向上推动，球阀打开，低压油腔油液进入高压油腔，挺柱自动“伸长”，可保持配气机构无间隙。

（三）推杆和摇臂采用下置式凸轮轴的配气机构，利用推杆将挺柱传来的力传给摇臂。

推杆下端与挺柱接触，上端与摇臂调整螺钉接触。

摇臂的作用是将推杆传来的力改变方向和大小，传给气门并使气门开启。

摇臂通过摇臂轴和支座固定在气缸盖上。

低压油腔高压油腔四、拆装与检修以现代轿车典型的上置双凸轮轴配气机构为例，阐述配气机构拆装与检修工艺。

（一）拆卸1、气门传动组的拆卸（1）拆卸正时皮带拧松正时皮带紧轮螺栓，拆下正时皮带。

张紧轮（2）拆卸凸轮轴1）转动进气凸轮轴至拆卸位置（如：维修螺栓孔），以减小凸轮轴和轴承的受力。

2）用扭力扳手按拆卸顺序拧松并拆下进气凸轮轴轴承盖，拆下进气凸轮轴。

注意：切勿用工具或其它物体强撬凸轮轴。

3）转动排气凸轮轴至拆卸位置（如：定位孔），用拆卸进气凸轮轴的方法拆卸排气凸轮轴。

注意：切勿用工具或其它物体强撬凸轮轴。

（3）拆卸气缸盖1）按图示顺序，用扭力扳手对称拧松，然后拆下气缸盖的所有螺栓。

注意：如拆卸气缸盖螺栓顺序有错误，可能会使气缸盖翘曲变形。

2）从气缸体取下气缸盖，放置在工作台木块上。

如果气缸盖取下有困难，可用一字起子（螺丝刀）在气缸盖与气缸体之间撬动。

注意：务必小心，切勿损坏气缸盖及气缸体表面。

（4）拆卸气门挺柱并按次序放妥。

2、气门组的拆卸（1）拆卸气门1）使用气门拆装钳，压缩气门弹簧，取出气门锁片。